一种单光子测距系统、方法、终端设备及存储介质与流程

本申请属于飞行时间(timeofflight，tof)技术领域，尤其涉及一种单光子测距系统、方法、终端设备及存储介质。

背景技术：

飞行时间测距法是通过向目标连续发送光脉冲信号，然后接收目标反射的光信号，通过探测光脉冲信号的飞行(往返)时间来得到目标的距离。基于飞行时间技术的单光子测距系统已被广泛应用于消费电子、无人架驶、虚拟现实、增强现实等领域的终端设备。单光子测距系统通常包括光发射器和单光子探测器(singlephotondetector，spd)，为了准确的测量光脉冲信号的飞行时间，要求单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数较少，当单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数过多时，容易造成较大的测量误差。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种单光子测距系统、方法、终端设备及存储介质，以解决现有技术中当单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数过多时，容易造成较大的测量误差的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种单光子测距系统的测距方法，所述单光子测距系统包括控制器、光发射器、单光子探测器及覆盖所述光发射器的可调光衰减器，所述控制器分别与所述光发射器、所述单光子探测器及所述可调光衰减器电连接，所述测距方法包括由所述控制器执行的以下步骤：

控制所述光发射器发射光脉冲信号，所述光脉冲信号经所述可调光衰减器以最大透过率衰减之后传输至目标；

控制所述单光子探测器接收所述目标反射的光信号并处理为光感应信号；

根据所述光感应信号获取所述目标与所述单光子探测器之间的距离；

当所述距离小于距离阈值时，将所述可调光衰减器的透过率调节为与所述距离对应的透过率；

或者，根据所述光感应信号获取所述目标反射的光信号的光强度；

当所述光强度大于光强度阈值时，将所述可调光衰减器的透过率调节为与所述光强度对应的透过率。

本申请实施例的第二方面提供了一种单光子测距系统的测距方法，所述单光子测距系统包括控制器、光发射器、单光子探测器及覆盖所述光发射器的光衰减片，所述控制器分别与所述光发射器和所述单光子探测器电连接，所述单光子探测器包括由多个单光子传感器构成的单光子传感器阵列，所述光衰减片包括交替排布且透过率不完全相同的至少两个衰减区域，所述测距方法包括由所述控制器执行的以下步骤：

控制所述光发射器发射光脉冲信号，所述光脉冲信号经所述光衰减片衰减之后传输至目标；

控制所述单光子探测器接收所述目标反射的光信号并处理为第一光感应信号；

根据所述第一光感应信号获取所述目标与所述单光子探测器之间的第一距离；

当所述第一距离小于距离阈值时，获取接收到所述目标反射的第一光信号的单光子传感器输出的第二光感应信号；其中，所述第一光信号为所述光脉冲信号中经透过率与所述第一距离正相关的衰减区域衰减之后传输至所述目标，并被所述目标反射回所述单光子探测器的光信号；

根据所述第二光感应信号获取所述目标与所述单光子探测器之间的第二距离；

或者，根据所述第一光感应信号获取所述目标反射的光信号的光强度；

当所述光强度大于光强度阈值时，获取接收到所述目标反射的第二光信号的单光子传感器输出的第三光感应信号；其中，所述第二光信号为所述光脉冲信号中经透过率与所述光强度负相关的衰减区域衰减之后传输至所述目标，并被所述目标反射回所述单光子探测器的光信号；

根据所述第三光感应信号获取所述目标与所述单光子探测器之间的第三距离。

本申请实施例的第三方面提供了一种单光子测距系统，包括控制器、光发射器、单光子探测器及覆盖所述光发射器的可调光衰减器，所述控制器分别与所述光发射器、所述单光子探测器及所述可调光衰减器电连接，所述控制器用于执行如本申请实施例的第一方面所述的测距方法。

本申请实施例的第四方面提供了一种单光子测距系统，包括控制器、光发射器、单光子探测器及覆盖所述光发射器的光衰减片，所述控制器分别与所述光发射器和所述单光子探测器电连接，所述单光子探测器包括由多个单光子传感器构成的单光子传感器阵列，所述光衰减片包括交替排布且透过率不完全相同的至少两个衰减区域，所述控制器用于执行如本申请实施例的第二方面所述的测距方法。

本申请实施例的第五方面提供了一种终端设备，包括如本申请实施例的第三方面或第四方面所述的单光子测距系统。

本申请实施例的第六方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被控制器执行时实现如本申请实施例的第一方面或第二方面所述的测距方法的步骤。

本申请实施例的第一方面提供一种单光子测距系统的测距方法，单光子测距系统包括控制器、光发射器、单光子探测器及覆盖所述光发射器的可调光衰减器，控制器分别与光发射器、单光子探测器及可调光衰减器电连接，通过控制光发射器发射光脉冲信号，使光脉冲信号经可调光衰减器以最大透过率衰减之后传输至目标；控制单光子探测器接收目标反射的光信号并处理为光感应信号；根据光感应信号获取目标与单光子探测器之间的距离；当距离小于距离阈值时，将可调光衰减器的透过率调节为与距离对应的透过率；或者，根据光感应信号获取目标反射的光信号的光强度；当光强度大于光强度阈值时，将可调光衰减器的透过率调节为与光强度对应的透过率，可以在目标与单光子探测器之间的距离过近或者目标反射的光信号的光强度过强时，适应性的调节可调光衰减器的透过率，以降低发射至目标的光脉冲信号的光强度，从而有效减少单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数，进而降低测量误差，提高测量精度。

本申请实施例的第二方面提供一种单光子测距系统的测距方法，单光子测距系统包括控制器、光发射器、单光子探测器及覆盖光发射器的光衰减片，控制器分别与光发射器和单光子探测器电连接，单光子探测器包括由多个单光子传感器构成的单光子传感器阵列，光衰减片包括交替排布且透过率不完全相同的至少两个衰减区域；通过控制器控制光发射器发射光脉冲信号，光脉冲信号经光衰减片衰减之后传输至目标；控制单光子探测器接收目标反射的光信号并处理为第一光感应信号；根据第一光感应信号获取目标与单光子探测器之间的第一距离；当第一距离小于距离阈值时，获取接收到目标反射的第一光信号的单光子传感器输出的第二光感应信号；其中，第一光信号为光脉冲信号中经透过率与第一距离正相关的衰减区域衰减之后传输至目标，并被目标反射回单光子探测器的光信号；根据第二光感应信号获取目标与单光子探测器之间的第二距离；或者，根据第一光感应信号获取目标反射的光信号的光强度；当光强度大于光强度阈值时，获取接收到目标反射的第二光信号的单光子传感器输出的第三光感应信号；其中，第二光信号为光脉冲信号中经透过率与光强度负相关的衰减区域衰减之后传输至目标，并被目标反射回单光子探测器的光信号；根据第三光感应信号获取目标与单光子探测器之间的第三距离，可以在目标与单光子探测器之间的距离过近或者目标反射的光信号的光强度过强时，根据透过率较低的衰减区域所覆盖的单光子传感器输出的光感应信号来获取目标与单光子探测器之间的距离，可以有效降低测量误差，提高测量精度。

可以理解的是，上述第三方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，上述第四方面的有益效果可以参见上述第二方面中的相关描述，上述第第五方面和第六方面的有益效果可以参见上述第一方面或第二方面中的相关描述，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的第一种单光子测距系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的第一种测距方法的流程示意图；

图3是本申请实施例提供的第二种单光子测距系统的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的光衰减片的第一种结构示意图；

图5是本申请实施例提供的光衰减片的第二种结构示意图；

图6是本申请实施例提供的第二种测距方法的流程示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

如图1所示，本申请实施例提供一种单光子测距系统100，包括控制器1、光发射器2、单光子探测器3及覆盖光发射器2的可调光衰减器(variableopticalattenuator，voa)4，控制器1分别与光发射器2、单光子探测器3及可调光衰减器4电连接；其中，光发射器2发射的光脉冲信号经由可调光衰减器4进行衰减之后传输至目标200，目标200反射的光信号被单光子探测器3接收，实线表示电连接，带箭头的虚线表示光信号。

在应用中，单光子测距系统至少包括控制器、光发射器、单光子探测器及可调光衰减器，还可以包括覆盖光发射器的准直光学元件和衍射光学元件(diffractiveopticalelements，doe)、覆盖单光子探测器的聚焦透镜或微透镜阵列等，准直光学元件和衍射光学元件可以依次设置在光发射器和可调光衰减器之间，也可以将可调光衰减器设置在光发射器和准直光学元件之间。准直光学元件用于对光发射器发射的光脉冲信号进行准直，衍射光学元件用于对光脉冲信号进行衍射。透镜或微透镜阵列用于将目标反射的光信号聚焦于单光子探测器的感光面。控制器用于控制光发射器、单光子探测器及可调光衰减器开启或关闭并调节可调光衰减器的透过率，以改变出射至目标的光脉冲信号的光强度。目标可以是自由空间中的任意可反射单光子测距系统发射的光脉冲信号的物体。

在应用中，光发射器可以根据实际需要设置为激光器、发光二极管(lightemittingdiode，led)、激光二极管(laserdiode，ld)、边缘发射激光器(edge-emittinglaser，eel)等。激光器具体可以是垂直腔面发射激光器(vertical-cavitysurface-emittinglaser，vcsel)。光发射器可以是可调谐或不可调谐器件，通过将光发射器设置为不可调谐器件、仅通过可调衰减器来改变光发射器发射的光脉冲信号的光强度，能够有效降低单光子测距系统的设计难度，降低成本。

在应用中，可调光衰减器可以根据实际需要设置为透过率可调的液晶衍射光栅(liquidcrystaldiffractiongrating)，机械式光衰减器或磁光式光衰减器。

在应用中，单光子探测器可以根据实际需要设置为仅包括单个单光子传感器或由多个单光子传感器构成的单光子传感器阵列，单光子传感器具体可以是单光子雪崩光电二极管(singlephotonavalanchediode，spad)。单光子雪崩光电二极管可以对入射的单个光子进行响应并输出用于指示光子到达单光子雪崩光电二极管处的时间的信号，基于单光子雪崩光电二极管，可以利用时间相关单光子计数法(time-correlatedsinglephotoncounting，tcspc)实现对微弱光信号的采集以及飞行时间的计算。单光子探测器还可以包括与单个单光子传感器或单光子传感器阵列电连接的信号放大器、时数转换器(timetodigitalconverter，tdc)、模数转换器(analog-to-digitalconverter，adc)等器件中的至少一种，这些器件既可以与单个单光子传感器或单子光子传感器阵列整合在一起构成单光子探测器，也可以作为控制器的一部分。

在应用中，控制器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用控制器、数字信号控制器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用控制器可以是微控制器或者任何常规的控制器等。

如图2所示，本申请实施例提供一种基于图1所对应的实施例中的单光子测距系统100实现的测距方法，包括由控制器3实现的如下步骤：

步骤s201、控制所述光发射器发射光脉冲信号，所述光脉冲信号经所述可调光衰减器以最大透过率衰减之后传输至目标，进入步骤s202；

步骤s202、控制所述单光子探测器接收所述目标反射的光信号并处理为光感应信号，进入步骤s203或s205。

在应用中，控制器控制可调光衰减器启动时，可以先控制可调光衰减器初始化，将可调光衰减器的透过率调节至最大，以使得光发射器启动后发射的光脉冲信号的衰减程度最低。控制器在控制可调光衰减器启动并初始化，将可调光衰减器的透过率调节至最大之后，可以向光发射器和单光子探测器发送同步信号，以同步光发射器发射光脉冲信号的发射时间和单光子探测器接收目标反射的光信号的接收时间。

在一个实施例中，步骤s201之前，包括：

将所述可调光衰减器的透过率调节为最大透过率。

在应用中，当目标与单光子探测器之间的距离过近或者目标反射的光信号的光强度过强时，都会导致单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数过多时，从而造成较大的测量误差。因此，可以通过检测目标与单光子探测器之间的距离是否小于距离阈值或者目标反射的光信号的光强度是否大于光强度阈值，来决定是否适应性调节可调光衰减器的透过率，以降低单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数，从而降低测量误差，提高测量精度。

步骤s203、根据所述光感应信号获取所述目标与所述单光子探测器之间的距离，进入步骤s204；

步骤s204、当所述距离小于距离阈值时，将所述可调光衰减器的透过率调节为与所述距离对应的透过率。

在应用中，步骤s203和s204是通过检测目标与单光子探测器之间的距离是否小于距离阈值，来决定是否适应性调节可调光衰减器的透过率。具体的，控制器根据单光子探测器输出的光感应信号，采用时间相关单光子计数法来获得光发射器发射的光脉冲信号的飞行时间，从而根据飞行时间计算出目标与单光子探测器之间的距离，计算公式如下：

d＝c*t/2；

其中，d表示目标的距离，c表示光速，t表示飞行时间。

在应用中，由于对可调光衰减器的透过率进行初始化时，已将可调光衰减器的透过率调节为最大透过率，能够在保证单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数较少的情况下，实现对与单光子探测器之间的距离大于或等于距离阈值的目标的测量。因此，当目标与单光子探测器之间的距离小于距离阈值时，需要减小可调光衰减器的透过率，在这种情况下，与距离对应的透过率小于最大透过率。

在应用中，在目标与单光子探测器之间的距离小于距离阈值的情况下，目标与单光子探测器之间的距离和可调光衰减器应当达到的透过率之间的关系可以通过预先测量得到，例如，可以预先通过单光子测距系统测量不同距离处的目标，并在测量每个距离处的目标时，不断调节可调光衰减器的透过率，当单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数等于预设数量阈值时，记录此时的距离和透过率并建立两者之间的对应关系，如此可以得到不同的距离与对应的透过率之间的对应关系，从而可以在距离小于距离阈值时，根据记录的对应关系和距离，快速的查找到对应的透过率。预设数量阈值可以设置为0.01～0.1之间的任意值。

在一个实施例中，步骤s204包括：

当所述距离小于距离阈值时，获取与所述距离对应的发光功率；

根据与所述发光功率，获取与所述距离对应的透过率；其中，所述可调光衰减器在与所述距离对应的透过率下对所述光脉冲信号进行衰减后，所述光脉冲信号的光强度等于所述光发射器在所述发光功率下发射的光脉冲信号的光强度。

在应用中，可以预先获得不同距离处的目标与光发射器应当达到的发光功率之间的对应关系，然后根据光发射器的发光功率获取可调光衰减器应当达到的透过率。在根据距离确定发光功率之后，在光发射器的发光功率不可调的情况下，可以通过调节可调光衰减器的透过率来实现与调节光发射器的发光功率等同的光强度衰减效果，也即可调光衰减器在与距离对应的透过率下对光脉冲信号进行衰减后，光脉冲信号的光强度等同于光发射器在与距离对应的发光功率下发射的光脉冲信号的光强度。

在一个实施例中，所述当所述距离小于距离阈值时，获取与所述距离对应的发光功率包括：

根据预设关系式和所述距离，获取与所述距离对应的发光功率，所述预设关系式为：

其中，plightsource表示所述发光功率，r表示所述距离，ne表示所述光发射器发射一次光脉冲信号至目标后到达所述单光子探测器中单个像素的平均光子数，fov表示所述单光子探测器的镜头的视场角，ff表示填充因子，apixel表示所述单光子探测器中单个像素的面积，h表示普朗克常数，c表示光速，tpulse表示所述光发射器的脉冲时间，ρ表示所述目标的反射率，f表示所述单光子探测器的镜头的焦距，f/#表示所述单光子探测器的镜头的光圈，kopt表示所述单光子探测器的光学组件的损耗，pde表示所述单光子探测器的光子探测效率，λ为所述光发射器的中心波长。

在应用中，预先获得的不同距离处的目标与光发射器应当达到的发光功率之间的对应关系即为上述预设关系式。其中，发光功率为未知量，距离和平均光子数为根据光感应信号获得的已知量，视场角、填充因子、单个像素的面积、普朗克常数、光速、脉冲时间、目标的反射率、镜头的焦距、镜头的光圈、光学组件的损耗、光子探测效率和中心波长均为预先确定的已知量。

在一个实施例中，步骤s204之后，包括：

返回执行根据所述光感应信号获取所述目标与所述单光子探测器之间的距离的步骤；

当所述距离大于或等于距离阈值时，将所述可调光衰减器的透过率调节为所述最大透过率。

在应用中，在目标与单光子探测器之间的距离小于距离阈值，将可调光衰减器的透过率调节为小于最大透过率的透过率之后，可以返回执行步骤s404，继续检测目标与单光子探测器之间的距离之间的距离，从而可以在目标与单光子探测器之间的距离发生改变时，适应性的调节可调光衰减器的透过率，以使单光子测距系统始终保持在测量精度较高的状态下工作。

在应用中，控制器可以在第一预设时间返回执行步骤s204，第一预设时间可以根据实际需要进行设置，例如，第一预设时间可以设置为接收到用户输入的触发指令的时间，也可以设置为每间隔第一时间或实时。第一时间可以根据实际需要设置为任意时长，例如，30秒或1分钟。

步骤s205、根据所述光感应信号获取所述目标反射的光信号的光强度，进入步骤s206；

步骤s206、当所述光强度大于光强度阈值时，将所述可调光衰减器的透过率调节为与所述光强度对应的透过率。

在应用中，步骤s205和s206是通过检测目标反射的光信号的光强度是否大于光强度阈值，来决定是否适应性调节可调光衰减器的透过率。具体的，控制器根据单光子探测器输出的光感应信号，采用时间相关单光子计数法来获得目标反射的光信号的光强度。

在应用中，由于对可调光衰减器的透过率进行初始化时，已将可调光衰减器的透过率调节为最大透过率，能够在保证单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数较少的情况下，实现对反射的光信号的光强度小于或等于光强度阈值的目标的测量。因此，当目标反射的光信号的光强度大于光强度阈值时，需要减小可调光衰减器的透过率，在这种情况下，与光强度对应的透过率小于最大透过率。在目标反射的光信号的光强度大于光强度阈值的情况下，目标反射的光信号的光强度和可调光衰减器应当达到的透过率之间的关系可以通过预先测量得到，例如，可以预先通过单光子测距系统测量反射的光信号的光强度不同的目标，并在测量每个目标时，不断调节可调光衰减器的透过率，当单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数等于预设数量阈值时，记录此时的光强度和透过率并建立两者之间的对应关系，如此可以得到不同的光强度与对应的透过率之间的对应关系，从而可以在光强度大于光强度阈值时，根据记录的对应关系和光强度，快速的查找到对应的透过率。

在一个实施例中，步骤s206之后，包括：

返回执行根据所述光感应信号获取所述目标反射的光信号的光强度的步骤；

当所述光强度小于或等于光强度阈值时，将所述可调光衰减器的透过率调节为所述最大透过率。

在应用中，在目标反射的光信号的光强度大于光强度阈值，将可调光衰减器的透过率调节为小于最大透过率的透过率之后，可以返回执行步骤s206，继续检测目标反射的光信号的光强度，从而可以在目标反射的光信号的光强度发生改变时，适应性的调节可调光衰减器的透过率，以使单光子测距系统始终保持在测量精度较高的状态下工作。

在应用中，控制器可以在第二预设时间返回执行步骤s406，第二预设时间可以根据实际需要进行设置，例如，第二预设时间可以设置为接收到用户输入的触发指令的时间，也可以设置为每间隔第二时间或实时。第二时间可以根据实际需要设置为任意时长，例如，30秒或1分钟。

图2所对应的实施例，通过提供一种基于图1所对应的实施例中的单光子测距系统实现的测距方法，通过控制光发射器发射光脉冲信号，使光脉冲信号经可调光衰减器以最大透过率衰减之后传输至目标；控制单光子探测器接收目标反射的光信号并处理为光感应信号；根据光感应信号获取目标与单光子探测器之间的距离；当距离小于距离阈值时，将可调光衰减器的透过率调节为与距离对应的透过率；或者，根据光感应信号获取目标反射的光信号的光强度；当光强度大于光强度阈值时，将可调光衰减器的透过率调节为与光强度对应的透过率，可以在目标与单光子探测器之间的距离过近或者目标反射的光信号的光强度过强时，适应性的调节可调光衰减器的透过率，以降低发射至目标的光脉冲信号的光强度，从而有效减少单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数，进而降低测量误差，提高测量精度。

如图3所示，本申请实施例提供一种单光子测距系统300，包括控制器1、光发射器2、单光子探测器3及覆盖光发射器2的光衰减片5，控制器1分别与光发射器2和单光子探测器3电连接，单光子探测器3包括由多个单光子传感器构成的单光子传感器阵列，光衰减片5包括交替排布且透过率不完全相同的至少两个衰减区域；其中，光发射器2发射的光脉冲信号经由光衰减片5进行衰减之后传输至目标200，目标200反射的光信号被单光子探测器3接收，实线表示电连接，带箭头的虚线表示光信号。

图3与图1所对应的实施例中名称相同的器件的结构相同，此处不再赘述，区别在于图3所对应的实施例中单光子探测器必须包括由多个单光子传感器构成的单光子传感器阵列。

在应用中，单光子测距系统至少包括控制器、光发射器、单光子探测器及光衰减片，还可以包括覆盖光发射器的准直光学元件和衍射光学元件、覆盖单光子探测器的聚焦透镜或微透镜阵列等，准直光学元件和衍射光学元件可以依次设置在光发射器和光衰减片之间，也可以将光衰减片设置在光发射器和准直光学元件之间。准直光学元件用于对光发射器发射的光脉冲信号进行准直，衍射光学元件用于对光脉冲信号进行衍射。透镜或微透镜阵列用于将目标反射的光信号聚焦于单光子探测器的感光面。控制器用于控制光发射器和单光子探测器开启或关闭，有选择性的获取单光子探测器中不同区域的单光子传感器输出的光感应信号，以改变测距结果。

在应用中，光衰减片可以包括以一维或二维阵列形式排列的至少两个衰减区域。当光衰减片包括以一维阵列形式排列的至少两个衰减区域时，衰减区域的形状可以为条形，任意相邻的两个衰减区域的透过率不同。当光衰减片包括以二维阵列形式排列的至少两个衰减区域时，衰减区域的形状可以为矩形，任意相邻的两个衰减区域的透过率不同。当衰减区域的数量大于两个时，可以将每个衰减区域的透过率都设置为不同，也可以将一部分衰减区域的透过率设置为相同，只要保证光衰减片具有至少两种透过率的衰减区域即可。各衰减区域的透过率可以根据实际需要进行设置，具体可以在0～100％之间均匀分布，例如，光衰减片具有两种透过率的衰减区域时，其中一种透过率可以为50％，另一种透过率可以为100％；光衰减片具有十种透过率的衰减区域时，十种透过率可以分别为10％、20％、…、100％。

如图4所示，示例性的示出光衰减片5包括以一维阵列形式排列的多个条形的衰减区域；其中，具有第一透过率的衰减区域表示为51，具有第二透过率的衰减区域表示为52。

如图5所示，示例性的示出光衰减片5包括以二维阵列形式排列的多个矩形的衰减区域；其中，具有第一种透过率的衰减区域表示为51，具有第二种透过率的衰减区域表示为52、具有第三种透过率的衰减区域表示为53。

如图6所示，本申请实施例提供一种基于图3所对应的实施例中的单光子测距系统200实现的测距方法，包括由控制器3实现的如下步骤：

步骤s601、控制所述光发射器发射光脉冲信号，所述光脉冲信号经所述光衰减片衰减之后传输至目标，进入步骤s602；

步骤s602、控制所述单光子探测器接收所述目标反射的光信号并处理为第一光感应信号，进入步骤s603或s606。

在应用中，控制器可以向光发射器和单光子探测器发送同步信号，以同步光发射器发射光脉冲信号的发射时间和单光子探测器接收目标反射的光信号的接收时间。

在应用中，当目标与单光子探测器之间的距离过近或者目标反射的光信号的光强度过强时，都会导致单光子探测器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数过多时，从而造成较大的测量误差。因此，可以通过检测目标与单光子探测器之间的距离是否小于距离阈值或者目标反射的光信号的光强度是否大于光强度阈值，来决定是否根据接收到目标反射的光强度较低的光信号的单光子传感器所输出的光感应信号，重新计算目标与单光子探测器之间的距离，以提高测量精度。光发射器发射的光脉冲信号经光衰减片中透过率不完全相同的至少两个衰减区域衰减之后，得到至少两种光强度的光信号并传输至目标，目标将至少两种光强度的光信号反射回单光子探测器，使得单光子探测器接收到不同光强度度的光信号。

步骤s603、根据所述第一光感应信号获取所述目标与所述单光子探测器之间的第一距离，进入步骤s604；

步骤s604、当所述第一距离小于距离阈值时，获取接收到所述目标反射的第一光信号的单光子传感器输出的第二光感应信号，进入步骤s605；其中，所述第一光信号为所述光脉冲信号中经透过率与所述第一距离正相关的衰减区域衰减之后传输至所述目标，并被所述目标反射回所述单光子探测器的光信号；

步骤s605、根据所述第二光感应信号获取所述目标与所述单光子探测器之间的第二距离。

在应用中，步骤s603和s604是通过检测目标与单光子探测器之间的距离是否小于距离阈值，来决定是否根据接收到目标反射的光强度较低的光信号的单光子传感器所输出的光感应信号，重新计算目标与单光子探测器之间的距离。第一光感应信号包括单光子探测器的所有单光子传感器输出的光感应信号，当目标与单光子探测器之间的距离小于距离阈值时，根据第一光感应信号获得的目标与单光子探测器之间的第一距离是不准确的，不能作为最终的距离测量结果，此时可以获取接收到目标反射的第一光信号的单光子传感器输出的第二光感应信号，并采用时间相关单光子计数法来获得光发射器发射的光脉冲信号的飞行时间，从而根据飞行时间计算出目标与单光子探测器之间的第二距离，第二距离相对于第一距离更为准确。第一距离与用于衰减光脉冲信号以得到第一光信号的衰减区域的透过率正相关，即目标与单光子探测器之间的距离越近，根据透过率越低的衰减区域衰减光脉冲信号得到的第一光信号被目标反射回单光子探测器之后，接收到该第一光信号的单光子传感器输出的光感应信号计算得到的距离越准确。当第一距离大于或等于距离阈值时，根据第一光感应信号获得的目标与单光子探测器之间的第一距离是准确的，可以作为最终的距离测量结果。

在应用中，在第一距离小于距离阈值的情况下，第一距离和透过率之间的关系可以通过预先测量得到，例如，可以预先通过单光子测距系统测量不同距离处的目标，并在测量每个距离处的目标时，分别获取每种透过率的衰减区域衰减光脉冲信号得到的第一光信号被目标反射回单光子探测器之后，接收到该第一光信号的单光子传感器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数，当存在某个衰减区域衰减光脉冲信号得到的第一光信号被目标反射回单光子探测器之后，接收到该第一光信号的单光子传感器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数等于预设数量阈值时，记录该衰减区域的透过率和此时的距离之间的对应关系，如此可以得到不同的距离与对应的透过率之间的对应关系，从而可以在距离小于距离阈值时，根据记录的对应关系和距离，快速的查找到对应的透过率。预设数量阈值可以设置为0.01～0.1之间的任意值。

步骤s606、根据所述第一光感应信号获取所述目标反射的光信号的光强度，进入步骤s607；

步骤s607、当所述光强度大于光强度阈值时，获取接收到所述目标反射的第二光信号的单光子传感器输出的第三光感应信号，进入步骤s608；其中，所述第二光信号为所述光脉冲信号中经透过率与所述光强度负相关的衰减区域衰减之后传输至所述目标，并被所述目标反射回所述单光子探测器的光信号；

步骤s608、根据所述第三光感应信号获取所述目标与所述单光子探测器之间的第三距离。

在应用中，步骤s606和s607是通过检测目标反射的光信号的光强度是否大于光强度阈值，来决定是否根据接收到目标反射的光强度较低的光信号的单光子传感器所输出的光感应信号，重新计算目标与单光子探测器之间的距离。第一光感应信号包括单光子探测器的所有单光子传感器输出的光感应信号，当目标反射的光信号的光强度大于光强度阈值时，根据第一光感应信号获得的目标与单光子探测器之间的第一距离是不准确的，不能作为最终的距离测量结果，此时可以获取接收到目标反射的第二光信号的单光子传感器输出的第三光感应信号，并采用时间相关单光子计数法来获得光发射器发射的光脉冲信号的飞行时间，从而根据飞行时间计算出目标与单光子探测器之间的第三距离，第三距离相对于第一距离更为准确。光强度与需要选择的衰减区域的透过率负相关，即目标反射的光信号的光强度越小，根据透过率越低的衰减区域衰减光脉冲信号得到的第二光信号被目标反射回单光子探测器之后，接收到该第二光信号的单光子传感器输出的光感应信号计算得到的距离越准确。

在应用中，在光强度大于光强度阈值的情况下，光强度和透过率之间的关系可以通过预先测量得到，例如，可以预先通过单光子测距系统测量反射的光信号的光强度不同的目标，并在测量每个目标时，分别获取每种透过率的衰减区域衰减光脉冲信号得到的第二光信号被目标反射回单光子探测器之后，接收到该第二光信号的单光子传感器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数，当存在某个衰减区域衰减光脉冲信号得到的第二光信号被目标反射回单光子探测器之后，接收到该第二光信号的单光子传感器在光脉冲信号的一个脉冲周期内接收到的光子数等于预设数量阈值时，记录该衰减区域的透过率和此时的光强度之间的对应关系，如此可以得到不同的光强度与对应的透过率之间的对应关系，从而可以在光强度大于光强度阈值时，根据记录的对应关系和光强度，快速的查找到对应的透过率。当光强度小于或等于光强度阈值时，根据第一光感应信号获得的目标与单光子探测器之间的第一距离是准确的，可以作为最终的距离测量结果。

图6所对应的实施例，通过提供一种基于图3所对应的实施例中的单光子测距系统实现的测距方法，通过控制器控制光发射器发射光脉冲信号，光脉冲信号经光衰减片衰减之后传输至目标；控制单光子探测器接收目标反射的光信号并处理为第一光感应信号；根据第一光感应信号获取目标与单光子探测器之间的第一距离；当第一距离小于距离阈值时，获取接收到目标反射的第一光信号的单光子传感器输出的第二光感应信号；其中，第一光信号为光脉冲信号中经透过率与第一距离正相关的衰减区域衰减之后传输至目标，并被目标反射回单光子探测器的光信号；根据第二光感应信号获取目标与单光子探测器之间的第二距离；或者，根据第一光感应信号获取目标反射的光信号的光强度；当光强度大于光强度阈值时，获取接收到目标反射的第二光信号的单光子传感器输出的第三光感应信号；其中，第二光信号为光脉冲信号中经透过率与光强度负相关的衰减区域衰减之后传输至目标，并被目标反射回单光子探测器的光信号；根据第三光感应信号获取目标与单光子探测器之间的第三距离，可以在目标与单光子探测器之间的距离过近或者目标反射的光信号的光强度过强时，根据透过率较低的衰减区域所覆盖的单光子传感器输出的光感应信号来获取目标与单光子探测器之间的距离，可以有效降低测量误差，提高测量精度。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本申请实施例提供的单光子测距系统的测距方法，可以应用于手机、平板电脑、可穿戴设备、车载设备、增强现实(augmentedreality，ar)设备、虚拟现实(virtualreality，vr)设备、笔记本电脑、上网本、个人数字助理(personaldigitalassistant，pda)等终端设备，本申请实施例对终端设备的具体类型不作任何限制。终端设备包括图1或图3所对应的实施例中的单子光子测距系统。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现可实现上述各个测距方法实施例中的步骤。

本申请实施例还提供一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得移动终端执行时实现可实现上述各个测距方法实施例中的步骤。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统/终端设备实施例仅仅是示意性的。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。